IP分片和组装的具体过程

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#tcp/ip #网络 #服务器 #网络协议

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IP协议报头格式

• 16位标识(id): 唯⼀的标识主机发送的报⽂. 如果IP报⽂在数据链路层被分⽚了, 那么每⼀个⽚⾥⾯

的这个id都是相同的.

• 3位标志字段: 第⼀位保留(保留的意思是现在不⽤, 但是还没想好说不定以后要⽤到). 第⼆位置为1

表⽰禁⽌分⽚, 这时候如果报⽂⻓度超过MTU, IP模块就会丢弃报⽂. 第三位表⽰"更多分⽚", 如果

分⽚了的话, 最后⼀个分⽚置为0, 其他是1. 类似于⼀个结束标记.

• 13位分⽚偏移(framegament offset): 是分⽚相对于原始IP报⽂开始处的偏移. 其实就是在表⽰当

前分⽚在原报⽂中处在哪个位置. 实际偏移的字节数是这个值除以 8 得到的. 因此, 除了最后⼀个

报⽂之外(之前如果都是8的整数倍，最后⼀⽚的偏移量也⼀定是8的整数倍), 其他报⽂的⻓度必须

是8的整数倍(否则报⽂就不连续了).

• 注意：⽚偏移(13位)表⽰本⽚数据在它所属的原始数据报数据区中的偏移量（以8字节为单位）

分片与组装的过程

分片和组装都是网络层干的事

• IP分⽚对传输层是透明的，这意味着传输层⽆需关⼼数据是否被分⽚以及如何重新组装。

分片

1. 检查MTU限制：

◦ 当⼀个IP数据报的⼤⼩超过了⽹络的MTU（最⼤传输单元）限制时，就需要进⾏分⽚。MTU是数据链路层对IP层数据包进⾏封装时所能接受的最⼤数据⻓度。

2. 分割数据报：

◦ IP层将原始的IP数据报分割成多个较⼩的⽚段。

◦ 对于每个⽚段，IP层会设置相应的标识（Identification）、偏移量（Fragment Offset）和标志位（Flags）等字段。

◦ 标识字段⽤于标识属于同⼀个数据报的不同分⽚，确保所有分⽚能够被正确地重新组装。

◦ 偏移量字段指⽰了当前分⽚相对于原始数据报的起始位置，以8字节为单位。

◦ 标志位字段包含了3个位，其中MF（More Fragment）位⽤于指⽰是否还有更多的分⽚，DF （Do Not Fragment）位⽤于指⽰数据报是否允许进⾏分⽚。

3. 添加IP头部：

◦ 每个分⽚都会加上⾃⼰的IP头部，与完整IP报⽂拥有类似的IP头结构，但MF和Fragment Offset 等字段的值会有所不同。

4. 发送分⽚：

◦ 分⽚在传输过程中独⽴传输，每个分⽚都有⾃⼰的IP头部，并且各⾃独⽴地选择路由。

组装

1. 接收分⽚：

◦ 当⽬的主机的IP层接收到这些分⽚后，会根据标识字段将属于同⼀个数据报的所有分⽚挑选出来。

2. 排序与组装：

◦ 利⽤⽚偏移字段，IP层会对属于同⼀个数据报的分⽚进⾏排序。

◦ 当所有的分⽚都到达并正确排序后，IP层会将这些分⽚重新组装成⼀个完整的IP数据报。

3. 传递给上层协议：

◦ 组装好的IP数据报会传递给上层的协议进⾏处理。

接收⽅如何得知⾃⼰收到的报⽂分⽚了？

接收方收到一个IP数据报后，会检查以下两个条件：

如果 MF位为 1：这明确表示还有后续分片，当前数据报是一个分片。
如果 分片偏移值大于 0：这表示当前分片的数据并非从原始数据报的开头开始，那么它肯定是一个分片。

只要满足以上两个条件中的任意一个，接收方就知道当前收到的是一个分片。

特例： 如果一个数据报没有被分片（即它本身就是完整的），那么它的 MF=0且 分片偏移=0。

接收⽅如何得知⾃⼰收到的分⽚收全了？

接收方会检查是否已经收到了一个“最后的分片”，并且从开头到这个最后分片之间的所有数据都已经到位。

关键标志：收到一个 MF=0的分片。这表示这是最后一个分片。
数据连贯性：根据已收到的所有分片的分片偏移和数据长度，接收方可以计算出整个原始数据报应有的总长度。它会检查从偏移量0开始，到这个最后分片结束为止的整个数据区域是否已经被填满，中间没有“空洞”。

当且仅当收到了 MF=0的分片，并且重组缓冲区中从0到该分片结束的所有数据都已连续存在时，接收方才认为分片已经收全，可以开始重组。

接收⽅如何组合形成完整的报⽂？

组合过程相对直接：

按偏移量排序：在重组缓冲区中，接收方会根据每个分片的分片偏移值，将它们的数据部分按顺序拼接起来。
- 例如，偏移量为0的分片数据放在最前面。
- 接着是偏移量为（第一个分片数据长度/8）的分片，依此类推。
拼接数据：直接将各个分片的数据块按顺序连接起来。由于IP分片时，每个分片（除了最后一个）的数据长度一定是8字节的倍数，所以拼接时边界是对齐的，不需要特殊处理。
重构IP头部：重组完成后，会生成一个完整的IP数据报。这个新数据报的IP头部以第一个分片（偏移量为0的那个分片）的IP头部为蓝本，并进行以下修改：
- 总长度：更新为原始完整数据报的总长度。
- 标志：MF位设置为0。
- 分片偏移：设置为0。
- 头部校验和：根据新的头部信息重新计算。
递交上层：将这个重组后的、完整的IP数据报传递给传输层（如TCP或UDP）进行处理。